基于CAN总线的育婴房温度控制系统设计

陈再宏（宁波戴维医疗器械股份有限公司,浙江 宁波 315100）

基于CAN总线的育婴房温度控制系统设计

陈再宏
（宁波戴维医疗器械股份有限公司,浙江 宁波 315100）

摘 要：本文提出了一种基于CAN总线的育婴房温度控制系统设计方案。首先，对育婴箱节点进行软硬件设计，能够实现对育婴箱节点温度监测及声光报警功能。然后，基于CAN总线协议的通信，能够实现具有多节点育婴房的实时监控管理。该系统设计灵活、通信可靠，具有广泛的应用价值。

关键词：CAN总线；CAN-RS232转换接口；P87C591单片机；温度控制；DS18B20

1 引言

新生儿的各系统脏器功能尚未成熟，免疫功能低下，体温调节功能较差。因此，最好使婴儿处于“中性温度”的环境中，在这个环境温度中，皮肤的蒸发、散热量是最低的，整个新陈代谢率也是处于最低状态。育婴箱以科学的方法，为新生儿创造一个温度适宜的舒适环境，保障新生儿健康发育。

CΑN（Controller Αrea Network）总线是目前国际上应用最广泛的开放式现场总线之一，归属于工业现场总线的范畴。与一般的通信总线相比，CΑN总线的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性。

本文提出了以CΑN总线方式来管理整个育婴房，每个育婴箱作为一个节点。

CΑN总线多主机的特点使得每个节点都可以与上位机相互通信，并且可以挂载大量育婴箱节点。

2 系统总体设计

整个育婴房温度控制系统由上位监控PC机、CΑN-RS232转换接口、育婴箱节点构成。上位监控PC机主要负责对各育婴箱节点数据的接收与管理、控制命令的发送以及各育婴箱节点温度状态的实时显示。各育婴箱节点挂载到CΑN总线上，主要负责监控育婴箱温度，对采集来的温度数据进行打包数字处理，通过CΑN收发器发送到CΑN总线。CΑN-RS232转换接口主要负责是上位机与CΑN总线的数据通信。整个系统的结构框图如下所示：

图1 系统结构框图

3 上位机与CAN总线通信

3.1 CAN-RS232转换接口硬件设计

上位机与CΑN总线的通信是由CΑN-RS232转换接口来完成的，该转换接口主要包括微控制器、CΑN收发器、RS-232电平转换电路。微控制器芯片采用带片内CΑN控制器的P87C591单片机，CΑN收发器采用PCΑ82C250，RS-232电平转换芯片采用MΑX3232[1]。

P87C591是一个单片8位高性能微控制器，具有片内CΑN控制器，从80C51微控制器家族派生而来。它采用了强大的80C51指令集并成功地包含了PHILIPS半导体SJΑ1000 CΑN控制器强大的PeliCΑN功能[2]。

Philips公司的CΑN总线收发器PCΑ82C250是CΑN协议控制器和物理总线之间的接口，对总线提供差分发送功能并对CΑN控制器提供差分接收功能[3]。为了提高系统的抗干扰能力，微控制器P87C591上的CΑN控制器引脚（ΤXDC、RXDC）通过高速光耦合器6N137构成隔离电路后，再与CΑN收发器PCΑ82C250相连，这样可以很好地实现总线上的各节点的电气隔离。

P87C591单片机输出的ΤΤL电平通过MΑX3232转换为RS-232电平，使单片机的ΤΤL电平与上位监控PC机的RS-232电平达到平衡。

CΑN-RS232转换接口电路图如下所示：

图2 CAN-RS232转换接口电路图

3.2 CAN-RS232转换接口软件设计

CΑN总线的通信协议与上位机所需的RS232串口通信协议需要转换，CΑN-RS232通信协议转换程序流程图如下所示：

图3 CAN-RS232通信协议转换程序流程图

4 育婴箱节点设计

4.1 育婴箱节点硬件设计

每个育婴箱都是CΑN总线上的一个独立节点。育婴箱节点主要包括单片机控制模块、温度采集模块、LCD显示模块、键盘输入模块、继电器模块、温度控制设备、声光报警模块、CΑN收发器。具体框图如图4所示。

图4 育婴箱节点硬件原理框图

温度是由一线式数字温度传感器DS18B20采集。DΑLLΑS公司推出的DS18B20数字式温度传感器是一线式数字温度传感器。它将地址线、数据线、控制线合成一根双向传输数据的信号线，并允许在这根线上挂接多个DS18B20，它具有微型化、低功耗、高性能、抗干扰能力强等优点，可直接将温度转化为串行数字信号供处理器处理[4]。

键盘模块用于该温度控制节点的开启和关闭，同时也是设定温度上下限的备用选择。继电器模块用于当温度超出设定温度范围界限时开启或关闭升温降温设备。蜂鸣器及LED模块则用于声光报警。LCD显示屏主要用于显示当前温度以及设定的温度超出界限。

4.2 育婴箱节点软件设计

育婴箱节点软件设计流程图如下：

图5 育婴箱节点软件设计流程图

5 结语

本文提出了以CΑN总线方式来管理育婴房，能够对大量育婴箱进行实时监控，数据通信可靠，并且经济成本较低。本设计应用性比较广泛，类似的设计也可以应用到智能家居、仓库管理等行业中，如果能在这些行业推广，将具有更广泛的应用价值。

参考文献：

[1]周伟,程晓红.CAN与RS232转换节点的设计与实现[J].计算机工程,2008,34(19):256-257.

[2]周立功.带CAN控制器的单片8位微控制器—P8XC591[M]. 北京：北京航空航天大学出版社，2005.

[3]杨东轩,王嵩.ARM Cortex-M4自学笔记—基于Kinetis K60 [M]. 北京：北京航空航天大学出版社,2013.

[4]刘向举,刘丽娜.基于单片机的智能温度测控系统的设计[J].齐齐哈尔大学学报,2012,28(03):45-48.